一種電源功率模塊劣化狀態在線判斷方法
2023-06-12 03:03:51
專利名稱：一種電源功率模塊劣化狀態在線判斷方法
技術領域：
本發明涉及電源功率模塊的監控技術，具體涉及一種DC/DC電源功率模塊劣化狀態在線判斷方法及裝置。
背景技術：
高可靠嵌入式系統廣泛應用於衛星、太空飛行器、核電站、艦船、高速列車等直接關係國家戰略安全、能源安全和國民經濟發展的複雜系統中，DC/DC電源是保證其可靠運行的關鍵設備。但特殊使用環境常致使DC/DC電源失效造成系統失控，損失巨大。據不完全統計，約34%的電子系統故障都是電源系統元器件疲勞使用或環境應力變化造成的失效引起的。外部環境因素(如高壓瞬態環境、寬溫度範圍驟變、振動、衝擊、電磁輻射、總劑量輻射和單粒子事件等)和運行內部因素(如浪湧電壓、電流、負載突變等)，常造成電源系統的關鍵模塊狀態參數退化，致使電路工作性能變差，引發參數性故障。功率模塊和電解電容是電源中失效率最高的器件。電源失效主要是由於這兩個環節劣化失效造成的。其中，電解電容已有許多單位採用低失效率的獨石電容來替代，提高了電源的可靠性。然而，目前功率模塊的失效研究仍集中在物理失效機制、失效模型上，對於運行中功率模塊劣化到失效的動態行為過程還不十分清楚。因此，如何判斷功率模塊的劣化狀態成為本領域的重要技術課題。
發明內容
本發明的目的在於提供一種電源功率模塊劣化狀態在線判斷方法，該方法可以提高功率模塊劣化狀態判斷的可靠性。為實現上述目的，本發明提供一種電源功率模塊劣化狀態在線判斷方法，包括如下步驟SI，在功率模塊的驅動端加載或撤銷驅動信號時，採集該功率模塊的輸出端的輸出信號和驅動端的驅動信號；S2，根據該驅動端的驅動信號建立輸出端的輸出信號的Volterra時域模型，並計算該Volterra時域模型的時域核值；以及S3，將時域核值與預定的正常值進行比較，根據比較結果判斷該功率模塊(100)的劣化狀態。優選的,所述步驟S2中獲取該Volterra時域模型的時域核值為一階Volterra時域核值、二階Volterra時域核值和三階Volterra時域核值,相應的在步驟S3中,根據一階Volterra時域核值、二階Volterra時域核值和三階Volterra時域核值與相應的預定的正常值進行比較來判斷該功率模塊的劣化狀態。由於，本發明方法置以功率模塊驅動端的驅動信號作為輸入信號，通過辨識Volterra級數的時域核值的大小來判斷該功率模塊的劣化狀態，因此本發明方法不需要外加激勵而是利用自身信號對功率模塊的劣化狀態進行判斷，從而提高功率模塊劣化狀態判 斷的可靠性和準確性。
圖1為本發明電源功率模塊劣化狀態在線判斷裝置一具體實施例的方框圖。圖2為圖1所示電源功率模塊劣化狀態在線判斷裝置之功率模塊的電路圖。圖3為本發明電源功率模塊劣化狀態在線判斷方法的流程圖。
具體實施例方式為了詳細說明本發明的技術內容、所達成的目的及效果，下面將結合具體實施例並配合附圖，對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述。請參閱圖1，其揭示本發明電源功率模塊劣化狀態在線判斷裝置的一個具體實施例。在本實施例中，該裝置包括功率模塊100、第一濾波單元200、第二濾波單元300、PWM單元400、信號採集單元500、信號處理單元600和警示單元700。其中，功率模塊100是由電感Lg、電容Cds、Cgd, Cgs、導通電阻Rm、柵極電阻Ra、二極體D和三極體Q等電子元件組成，該功率模塊100具有輸入端110、輸出端120和驅動端130，如圖2所示。第一濾波單元200與功率模塊100的輸入端110連接，用於將交流大功率電源整形濾波後輸入功率模塊100。第二濾波單元300與功率模塊100的輸出端120連接，用於將功率模塊100的輸出信號進行整形濾波後輸出線性直流大功率電源。PWM單元400分別與第二濾波單元300和功率模塊100的驅動端130連接，PWM單元400根據第二濾波單元300的輸出信號產生脈寬調製信號，該脈寬調製信號控制功率模塊100之三極體Q的導通和關閉，從而實現預定的功率輸出。信號採集單元500與功率模塊100的輸出端120和驅動端130連接，用於採集功率模塊100的輸出端120的輸出信號和驅動端130的驅動信號。信號處理單元600將採集的功率模塊100的輸出信號和驅動信號進行處理。信號處理單元600根據對功率模塊100的輸出信號和驅動信號的處理結果判斷功率模塊100的劣化狀態，以控制警示單元700是否發出警示信息。請參閱圖3，本發明電源功率模塊劣化狀態在線判斷方法的具體流程。該方法是SI，功率模塊100的驅動端130在加載或撤銷驅動信號時，採集該功率模塊100的輸出端120的輸出信號和驅動端130的驅動信號；S2，根據該驅動端130的驅動信號建立輸出端120的輸出信號的Volterra時域模型，並計算該Volterra時域模型的時域核值；以及S2，將時域核值與預定的正常值進行比較，根據比較結果判斷該功率模塊100的劣化狀態。在本實施例中，通過獲取該輸出端120的輸出信號和驅動端130的驅動信號，建立離散Volterra時域模型,通過對該時域模型進行辨識獲得Volterra級數的一階階Volterra時域核值、二階Volterra時域核值和三階Volterra時域核值,根據各時域核值與相應的正常值的偏離分析來判斷該功率模塊100的劣化狀態。本發明發明電源功率模塊劣化狀態在線判斷方法的具體原理如下功率模塊100的驅動端130的驅動信號為一電壓脈衝信號，該驅動信號的電壓因不同的應用場景可能採用不同的電壓，如5V電壓、IOV電壓等等。然而由於功率模塊100含有電感、電容等儲能性元件，因此在驅動端130在加載或撤銷驅動信號時，功率模塊100的輸出信號是時變的，其用如下方程表示y (t) = h(t) · x(t)(I)其中，y(t)是輸出信號，x(t)是驅動端130的驅動信號；h(t)是傳函矩陣算子，h(t)可表示為
權利要求
1.一種電源功率模塊劣化狀態在線判斷方法，其特徵在於，包括如下步驟 S1，在功率模塊(100)的驅動端(130)加載或撤銷驅動信號時，採集該功率模塊(100)的輸出端(120)的輸出信號和驅動端(130)的驅動信號； S2，根據該驅動端(130)的驅動信號建立輸出端(120)的輸出信號的Volterra時域模型，並計算該Volterra時域模型的時域核值；以及 S3，將時域核值與預定的正常值進行比較，根據比較結果判斷該功率模塊(100)的劣化狀態。
2.如權利要求1所述的電源功率模塊劣化狀態在線判斷方法，其特徵在於所述步驟S2中獲取該Volterra時域模型的時域核值為一階Volterra時域核值、二階Volterra時域核值和三階Volterra時域核值,相應的在步驟S3中,根據一階Volterra時域核值、二階Volterra時域核值和三階Volterra時域核值與相應的預定的正常值進行比較來判斷該功率模塊(100)的劣化狀態。
全文摘要
本發明公開了一種電源功率模塊劣化狀態在線判斷方法，包括在功率模塊的驅動端加載或撤銷驅動信號時，採集該功率模塊的輸出端的輸出信號和驅動端的驅動信號；根據該驅動端的驅動信號建立輸出端的輸出信號的Volterra時域模型，並計算該Volterra時域模型的時域核值；以及將時域核值與預定的正常值進行比較，根據比較結果判斷該功率模塊100的劣化狀態。由於，本發明方法不需要外加激勵而是利用自身驅動信號作為激勵輸入信號，通過辨識Volterra級數的時域核值的大小來判斷該功率模塊的劣化狀態，因此，本發明方法利用自身信號對功率模塊的劣化狀態進行判斷，從而提高功率模塊劣化狀態判斷的可靠性和準確性。
文檔編號G01R31/00GK103018600SQ201210516838
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月6日 優先權日2012年12月6日
發明者吳立鋒, 關永, 鄭學豔, 李曉娟, 王國輝, 潘巍, 鄭宇 申請人:首都師範大學